Identificação dos Tubos

a) Corte para obtenção dos tubos

Os tubos de aço AISI 1010 vieram de fábrica com 12 m e, por este motivo, os corpos de prova para o experimento, os quais devem ter um comprimento de aproximadamente 500 mm, tiveram que ser cortados com o auxílio de uma fita de serra.

b) Identificação Geométrica

Antes de começar a análise experimental, todos os tubos a serem ensaiados têm que passar por um processo de caracterização geométrica de corpos de prova denominado identificação de

tubos. Este processo consiste na medição repetitiva de diversos raios de cada tubo em vários pontos, regularmente espaçados entre si, na superfície externa dos tubos, permitindo a quantificação da ovalização dos tubos de aço (ver Fig. 3.7). O método de medida para determinação da variação de raio baseou-se no manual de equipamentos do Laboratório de Metrologia/ENM. (Piratelli Filho, 1976) O instrumento utilizado chama-se esferômetro, cujos detalhes sobre o funcionamento podem ser encontrados em Maia (2003).

Figura 3.7: Tubo íntegro com as marcações necessárias para sua identificação geométrica.

Este procedimento de identificação dos tubos de aço foi realizado para cada um dos tubos ensaiados, no Laboratório de Metrologia, para o qual efetuou-se medidas de espessura (em 11 pontos distintos de cada umas das extremidades de cada tubo, totalizando 22 pontos), com auxílio de um paquímetro, e de parâmetros geométricos para o cálculo do raio médio e do desvio

51 padrão das amostras dos tubos de aço, com o auxílio do esferômetro e de um software de computador (Excel).

A Figura (3.8) mostra os instrumentos necessários para fazer a caracterização geométrica.

Figura 3.8: Metodologia de identificação dos tubos.

Foi utilizado um paquímetro para a medição da espessura média do tubo. Sua resolução é de 0,05 mm, marca CSE, faixa de medição de 300 mm e de garra de 100 mm. O instrumento utilizado para a determinação do raio médio do tubo chama-se esferômetro, o qual é composto por um relógio comparador alemão da marca Veb Feinmesszeugfabrik Suhl, com resolução de 0,01 mm e faixa de medição até 10 mm. A régua, de resolução 0,1 mm e faixa de medição de 600 mm, auxiliou a determinação da distância regular entre os pontos da superfície do tubo a serem medidos.

Com o auxílio de uma expressão matemática (Eq. 2), a ser explicada em seguida, deve-se calcular a variação de raio de tubos ao longo do perímetro externo, tendo como padrão de medida cinco linhas circunferenciais distanciadas de 125 mm, na direção axial dos tubos íntegros, e onze pontos sobre cada uma destas circunferências em todas as amostras (totalizando 55 pontos). Estas linhas circunferenciais e os pontos foram descritas com o auxílio de um marcador azul (tinta permanente). Para o tubo a ser desbastado, depois desta identificação, foram traçadas 11 linhas circunferenciais apenas ao longo da região a ser desbastada (100 mm) com 11 pontos eqüidistantes em cada uma (totalizando 121 pontos), sendo esta identificação mais precisa que a primeira devido à necessidade do conhecimento geométrico da região a ser desbastada para não haver um excesso de retirada de material em algumas partes ovalizadas do tubo.

De acordo com a Fig. (3.9), os pontos fixos A e D representam o local onde o esferômetro é apoiado na peça, enquanto o ponto B é o local onde o sensor encosta na peça e registra o deslocamento “δ”, devido à curvatura do tubo. Antes de iniciar a utilização do esferômetro, mediu-se os parâmetros “a”e “δ” com o auxílio de um paquímetro, para que fosse possível a

52 determinação da variação “δ” do raio do tubo. Encontrou-se que a = 16,5 mm e “δ” é justamente a variação do raio a ser medido. O parâmetro “R” representa o raio do tubo e “O”o centro da seção transversal do tubo.

Figura 3.9: Desenho esquemático do funcionamento do esferômetro (Faluhelgyi,2006).

Utilizando Pitágoras no triângulo ACO, tem-se: 2

2

2 _{=a +(R−δ)}

R . (1)

A partir desta equação, obtém-se:

δ δ 2 2 2₊ = a R . (2)

Em uma planilha do Programa Excel, valores distintos de δ , os quais foram medidos com o auxílio do esferômetro, são substituídos na equação Eq. (2) permitindo que, para cada ponto medido, o raio correspondente seja determinado (já que o valor de “a”é fixo e conhecido).

Para os tubos 1 e 2, as Tabs. de (3.3) a (3.8) expressam os valores referentes ao raio dos tubos, enquanto a Tab. (3.9) ilustra os valores de espessura.

Tabela 3.3: Tabela de medidas da variação localizada do raio do tubo de aço 1 [mm].

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Tabela 3.5: Tabela com valores para raios localizados do tubo de aço 1 [mm].

Tabela 3.6: Tabela com valores para raios localizados do tubo de aço 2 [mm].

Tabela 3.7: Tabela de medidas da variação localizada (região desbastada) do raio do tubo de aço 2 [mm].

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Tabela 3.9: Tabelas com valores localizados de espessura [mm].

Como as amostras de tubos 1 e 2 foram cortadas do mesmo tubo de 12 m, fêz-se uma média entre a média das espessuras do tubo 1 com as médias do tubo 2, obtendo-se uma espessura do tubo de tt = 2,45 mm (considerou-se tt ≅2,5mm).

É importante obter os valores médios de raio e de espessura das amostras para que, em relação à variação do raio ao longo das linhas circunferenciais, defina-se o grau de ovalização na região central, para determinar até que ponto pode-se desbastar a amostra uniformemente.

Os desvios padrões obtidos, tanto para raio como para espessura, não foram muito significativos e mostram que, para uma espessura de tt = 2,5 mm, caso deseja-se manter uma

espessura de 1 mm, o máximo permitido para o desbaste é de 1,25 mm (ver Tab. 3.10). c) Do material constituinte

Para verificar o tipo de aço exato dos corpos de prova em análise, realizou-se dois ensaios: metalográfico e de dureza.

c.1) Ensaio Metalográfico

1) corte de uma pequena quantidade de material a ser analisado;

2) embutimento, com máquina Prestopress Prensa Manual, da peça no baquelite (Fig.3.10); 3) lixamento com lixas 220, 320, 400, 600 e 1200 grãos/pol2_{, nesta ordem (Fig. 3.10);}

4) polimento final com pasta de diamante Tipo S, 6g, 1μ (poder de abrasão), feltro e lubrificante (próprio para polimento metalográfico) (Fig. 3.10);

5) ataque de Nital (ácido nítrico) de 3 a 5% de álcool; e

55 O corpo de prova a ser analisado tem dimensões 10x8 mm.

(a) (b)

Figura 3.10: (a) Lixamento do material; (b) Polimento metalográfico.

Os resultados da micrografia (fotos metalográficas do material dos corpos de prova) podem ser vistos na Figura (3.11).

Com esta foto acima, percebe-se perfeitamente os contornos de grão e a presença de partículas de cementita. Observando os aspectos físico-químicos da foto metalográfica visualizada anteriormente, pode-se concluir que o material dos tubos utilizados nos experimentos se trata de aço de baixo carbono (pouca quantidade de cementita).

c.2) Ensaio de Dureza

É um ensaio não destrutivo, baseado na penetração de uma esfera no material a ser determinado, que forneceu a Dureza Brinell do material.

Figura 3.11: Região da espessura: Aumento de 200x, ataque de Nital em 18 minutos

56 Foi utilizada uma esfera de 2,5 mm, uma carga mínima de 62,5 kg e uma máquina de dureza HPO 250 ME 12. Os resultados de dureza podem ser visualizados na Tab. (3.10).

Tabela 3.10: Resultados do Ensaio de Dureza Brinell [HB]. Material Dureza HB (1ª medida) Dureza HB (2 ª medida) Dureza HB (3 ª medida) Dureza Média HB Aço 112 115 112 113

É importante ressaltar que este valor de dureza é uma aproximação da dureza do material, já que reflete o valor exato da dureza superficial do material, e não necessariamente do material como um todo. Com este valor de HB = 113, confirma-se que o material é aço de baixo carbono. Com estes dois ensaios, confirma-se que o aço carbono em questão é SAE 1010.